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National Instruments Italy Lutilizzo della Strumentazione Virtuale per le Misure Industriali.

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Presentazione sul tema: "National Instruments Italy Lutilizzo della Strumentazione Virtuale per le Misure Industriali."— Transcript della presentazione:

1 National Instruments Italy Lutilizzo della Strumentazione Virtuale per le Misure Industriali

2 Agenda Introduzione alla strumentazione Virtuale Elementi di una catena di misura Dimostrazione di LabVIEW Esercitazioni e supporti

3 Fondata nel dipendenti Uffici a Milano e a Roma Divisione Commerciale Divisione Tecnica Divisione Marketing Divisione Didattica e Ricerca –Sito - Didattica e Ricerca Dispense Esercitazioni Opportunita di lavoro National Instruments Italy ISO 9002 Certified

4 Fondata nel 1997 Strutture dedicate esterne Uffici a Milano e a Roma, Torino,Firenze,Genova,Padova 100% operativi nel mondo accademico –Politiche –Prodotti –Attivita di training –…certificazione! Divisione Didattica e Ricerca ISO 9002 Certified

5 Computer-Based Instruments

6 Strumento standard vs strumento virtuale Register-mapped I/O Limitate capacità di espansione Funzionalità fisse Interfaccia esterna Memory mapped I/O Processamento Dati Veloce Connessione Internet/intranet Online data logging/trending Online report generation Memoria Espandibile PROCESSOR BUS Conditioning Timing A/D D/A DI/O TI/O DISPLAY AND CONTROL 488 PORT µP Math MEMORY µP ROM Control Panel Flow Pressure Alarm Conditions STOP Temperature

7 IL PC dentro lo strumento Vantaggi –Interfaccia Windows familiare, aggiornamento software automatico, connettività di rete –Potenza di processamento a più basso costo –Sistemi operativi standard –Aggiornamento software (on line) più facile

8 IL PC dentro lo strumento Un esempio : HP Infinium

9 Lo Strumento nel PC Lutilizzatore può scegliere il computer Lutilizzatore acquista solo le funzionalità che utilizza Lutilizzatore ha il controllo TOTALE del sistema Lutilizzatore si avvantaggia delle nuove tecnologie Gli strumenti nel PC sono il REALE vantaggio per l utente, permettendo di fruire appieno della rivoluzione tecnologia dei personal computer Costi minori vs prestazioni migliori

10 Gli Elementi di un sistema di Misura Oscilloscopio Multimetri Matrici Sorgente di Segnale

11 Strumenti su scheda Alta risoluzione (8-24bit) Trasferimento dati ad alta Velocita (AT CPCI/PXI) Fino a 100MS/sec Soluzioni: –DMMs –Oscilloscopi –Analizzatori di spettro –Frequenzimetri –RF Analyzer (2.7GHz) Sofisticati sistemi di Triggering e Sincronizzazioni tra diversi dispositivi

12 Una soluzione:Il PC Strumento! Oscilloscopio Multimetro Matrice Gen.di Funzioni

13 Sistemi di Misura e Controllo Hardware & Driver Software Motion Control Motion Control PXI Unita sotto test Software Applicativo Image Acquisition Image Acquisition VXI DAQ GPIB Serial

14 Componenti della Misura Condiziona- mento Condiziona- mento Digitalizzazione Computer Segnali Sensori Segnali Sensori Amplificazione Attenuazione Isolamento Filtraggio Multiplexing Eccitazione SSH F-to-V Bridge Comp. Amplificazione Attenuazione Isolamento Filtraggio Multiplexing Eccitazione SSH F-to-V Bridge Comp. Frequenza Risoluzione Frequenza Risoluzione Analisi Presentazione Distribuzione Analisi Presentazione Distribuzione Termocoppie RTD Termistore Strain Gauge Pressioni Carichi Tensioni Correnti Digitali Termocoppie RTD Termistore Strain Gauge Pressioni Carichi Tensioni Correnti Digitali

15 Le schede di acquisizione dati Un classico esempio: scheda DAQ su PCI –8 canali ADC 12/16 bit Guadagno programmabile Range di ingresso selezionabile Da 20 a KS/s –2 canali DAC 12/16 bit Uscita fino a 42Volts –Da 8 a 32 I/O digitali TTL –2 Contatori/Temporizzatori

16 Tecnologie presenti in una scheda DAQ

17 Caratteristiche delle schede DAQ Convertitore ADC –Numero di canali –Risoluzione –Velocita di Campionamento –Ampiezza segnale –Multiplexer o SS –Filtri AntiAliasing Convertitore DAC Porte digitali –Numero di linee –Livello Segnale –Direzionalita Contatori e/o Temporizzatori –Frequenza

18 Schema a blocchi di una scheda DAQ ADC MUX NI-PGIA Counter I/O Digital I/O NI MITE Analog Output NI DAQ-STC Bus di sinconizzazione Analog Input MultiplexerAmplificatoreConvertitore Analogico/Digitale

19 Multiplexers Scopo: incrementare il numero dei canali ADC

20 Acquisizione con Multiplexers Interchannel Delay Phase Shift Each signal is routed through the multiplexer Time delay between sampling of each channel Phase shift is negligible for most applications

21 Campionamento Simultaneo No Phase Shift T/H Digitizer control signal locks the track-and-hold amplifiers Signals are routed through the multiplexer Track-and-hold amplifiers are released

22 Tecniche di miglioramento del rapporto segnale rumore ( Dithering )

23 Tecniche per il miglioramento della risoluzione Dithering (12-bit only) Noise-rejecting op-amps Carefully designed (Gaussian) noise floor Noise + Quantization Error (LSB) Number of Averaged Samples Without NI

24 Dithering Actual Signal 1 bit (4.8 mV for 12-bit board with +/- 10 V input range) 12-bit Without Dithering 9 0 Weighted Average = 4.8mV Actual Signal = 3.3mV

25 Dithering 1 bit (4.8 mV for 12-bit board with +/- 10 V input range) Dithering Applied 6 3 Dithered Weighted Average = 3.2mV Actual Signal = 3.3mV Weighted Average = 4.8mV

26 Tecniche di miglioramento del rapporto segnale rumore Range & Guadagno

27 Range Time ( s) Amplitude (volts) Range = -10 to +10 volts (5kHz Sine Wave) 3-bit resolution | ||| | –La risoluzione dell A/D è distribuita all interno del range di acquisizione Massima Risoluzione = Range Corretto

28 Condizionamento: amplificazione 16-bit Digitizer 10 mV signal Solo 32 livelli di risoluzione! 16-bit Digitizer 10 V signal 65,536 livelli di risoluzione Ottimizza la risoluzione nel range di misura scelto Amplifier Range +/-10 Volts

29 Condizionamento: amplificazione Migliora il rapporto segnale/rumore (SNR) Amplifier Segnale di basso livello Amplificatore esterno Scheda DAQ Cavi Amplificatore differenziale di classe strumentale Rumore ADC +_+_

30 Esempio di amplificazione Time ( s) Amplitude (volts) Different Gains for 16-bit Resolution (5kHz Sine Wave) Gain = 2 | ||| | Your Signal Gain = 1 Segnale d ingresso = Volts ADC Range = Volts Settaggio del guadagno dell amplificatore = 2 Amplified Signal

31 Signal to Noise Ratio (SNR) Signal Voltage S.C.* Amplification Noise in Lead Wires DAQ Board Amplification Digitized Voltage SNR Amplify only at DAQ Board.01 VNone.001 Vx V10 Amplify at S.C.* and DAQ Board.01 V.001 V x10 x100 x V100 Amplify only at S.C.*.01 VNone1.001 V1000 –Maggiore è l SNR, meglio è –Obbiettivo: amplificare il segnale, NON il rumore * S.C. = Signal Conditioning

32 Esempio : acquisizione di una termocoppia Termocoppia DAQ Signal Accessory Scheda DAQ

33 Un amplificatore in classe strumentale: NI-PGIA Garantisce un tempo di assestamento bassissimo, anche a frequenze di campionamento elevate Sampling Rate (kS/s)Settling Time (LSB) Other NI

34 Altre tecniche: auto calibrazione Drift Error (%) Time NI Other Misure migliori e più stabili nel tempo Riduzione dell effetto del drift in temperatura dei componenti

35 Circuito di protezione dal drift in temperatura Temperature (°C)Temperature Error (%) Uso di reti di compensazione e componentistica di grado superiore Auto calibrazione basata su una sorgente a bordo precisa Sensore di temperatura a bordo Tutto ciò assicura un comportamento uniforme a standard elevati a prescindere dalla temperatura ambiente NI Other

36 Caratterizazione del convertitore analogico/digitale

37 Risoluzione di un convertitore AD Time ( s) Amplitude (volts) 16-Bit Versus 3-Bit Resolution (5kHz Sine Wave) 16-bit 3-bit | ||| | La dinamica di conversione può essere migliorata giocando con il range ed il guadagno

38 Frequenza di campionamento E la frequenza di conversione dell A/D (Hertz) Va seguito il Teorema di Nyquist F campionamento >=2*F segnale Ben campionato Aliasato per sottocampionamento

39 Aliasing Sottocampionare un segnale analogico può dar vita all apparire di frequenze fittizie nella banda di interesse Un segnale aliasato non può più essere correttamente ricostruito

40 Prevenire l aliasing Incrementare la frequenza di campionamento Inserire un filtro passa-basso anti alias

41 Filtri Anti-Aliasing E un filtro analogico passa basso Taglia fuori le componenti a frequenze superiore che potenzialmente possono dare alias

42 L importanza del driver di misura: Measurement and Automation Explorer

43 LabVIEW Pannello Frontale Interfaccia Utente Grafica Indicatori e Controlli Diagramma a Blocchi Codice Sorgente Libreria delle funzioni Rapido sviluppo di codice Auto-documentante

44 LabVIEW Programming Compiled graphical programming Wires and icons Development time reduction by 4 to 10X Full-fledged programming environment

45 Dataflow Programming Plot Save RMS Execute In Parallel Execute In Parallel Wires pass data (nonlinear) Data flows from sources to sinks Code can execute multiple operations in parallel

46 Hierarchy of VIs Modular design Reusable building blocks Hierarchal system

47 Alcuni esempi di Strumenti Virtuali Esempio n°1 Esempio n°2 Esempio n°3


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